一、什么是預應力鋼結構？
預應力技術古已有之，乃先人藉此改善生活用具的性能、加固補強勞作工具的一種工藝。譬如，撐起布傘可以防雨擋風，這時就引入了預應力；木桶套箍，可以耐久防漏，這時就引入了預應力。但是，在現(xiàn)代鋼結構工程中引入預應力，卻是60年前的事情。人們在鋼結構設計、制造、施工、加固過程中，人為地在承重體系中引入與外荷載應力符號相反的預加應力以抵消荷載應力峰值，增強結構剛度及穩(wěn)定性，改善結構其它屬性以及利用預應力技術創(chuàng)建新體系的都可稱之為預應力鋼結構。不論這類結構采用了任何材料的圍護層，譬如，玻璃幕墻結構、膜結構等，都歸屬于預應力鋼結構學科。
二、預應力鋼結構有哪些優(yōu)點？
預應力鋼結構的主要優(yōu)點有四個。一是可以充分、反復地利用鋼材彈性強度幅值，從而提高結構承載能力。傳統(tǒng)鋼結構的承載力是從材料的零應力狀態(tài)開始，逐漸加載而達到材料設計強度而終止受力的，其承載力即為結構承受各種荷載的總和。而預應力鋼結構承載力則始于預應力產生的負應力狀態(tài)。預應力鋼結構受載后，材料經過負應力→零應力→正應力→設計強度應力，達到結構的承載力終值。所以，結構承載力提高部分是由材料從負應力至零應力這一階段貢獻的。多次預應力鋼結構具有多次從負應力至零應力的受載過程，因此，其能多次作出貢獻，所以具有更大的承載能力。
二是可以改善結構受力狀態(tài)，降低應力峰值。譬如，受彎構件中的峰值彎矩，可以通過增加撐桿施加預應力，將部分彎矩轉換為軸向力。因此，將彎矩峰值降低，并減小構件截面，甚至利用預應力技術創(chuàng)造出零彎矩的橫向結構體系，如索穹頂。
三是可以提高結構剛度及穩(wěn)定性，改善結構的各種屬性。預應力產生的結構變形常與荷載下變形反向，因而結構剛度得以提高。由于布索而改變結構邊界條件，可以提高結構穩(wěn)定性。預應力可以調整結構循環(huán)應力特征而提高疲勞強度。降低結構自重而減小地震荷載，從而提高其抗震性能等。
四是可以降低用鋼量，節(jié)約成本。挖掘鋼材強度潛力，改善結構邊界條件，優(yōu)化結構桿件、截面尺寸，創(chuàng)新承重結構體系等優(yōu)勢的總和，必然反映在降低鋼材總量上。在保證結構承載和使用功能的前提下，節(jié)約材料消耗量、降低成本，就是設計人員在本職工作中體現(xiàn)“低碳經濟”、“綠色建筑”理念的大事。
三、預應力鋼結構的經濟效益如何？
預應力鋼結構的經濟性與結構體系類別、布索方案與工藝、荷載性質與力度、結構構造與節(jié)點、安裝方法與材料價格等眾多因素有關。正常情況下，預應力鋼結構比傳統(tǒng)鋼結構采用單次預應力可節(jié)約10%~20%的鋼材；采用多次預應力可節(jié)約30%~40%的鋼材。而預應力創(chuàng)新體系結構與傳統(tǒng)結構相比要節(jié)約鋼材50%以上或更多�？傊�，結構材料中的強度潛力越大，采用預應力的經濟效益越高。譬如，在實腹梁截面重心軸附近存有大量強度潛力，采用預應力后其經濟效益同比格構梁要高許多。
四、國內外有哪些著名的預應力鋼結構工程，其經濟性怎樣？
傳統(tǒng)結構型的預應力鋼結構工程，節(jié)省鋼材的比例較少，譬如，1995年建成的廈門太古機場機庫采用的是拉桿拱架，省鋼率20%。創(chuàng)新型的工程節(jié)省鋼材的比例較多，譬如，2011年建成的鄂爾多斯體育中心采用的是索穹頂，每平方米的用鋼量為15千克。單次預應力鋼結構省鋼少些，譬如，1984年建成的天津寧河體育館采用的是四邊形平板網架，省鋼率12%。多次預應力鋼結構節(jié)約材料多些，譬如，1994年建成的四川攀枝花市體育館采用的即是多次預應力網殼，省鋼率38%。格構式結構省鋼率小些，譬如，1953年建成的比利時布魯塞爾機場機庫，采用的是雙跨連續(xù)桁架，省鋼率12%。而材料潛能較大的實腹式結構則節(jié)材多些，譬如，1959年建成的前蘇聯(lián)羅斯托夫頓河公路橋，采用的是多跨連續(xù)實腹梁，省鋼率18%。
五、預應力鋼結構有哪幾種類型？
從早期預應力吊車梁、撐桿梁的簡單形式發(fā)展到目前張弦桁架、張弦穹頂、索彎頂、索膜結構、玻璃幕墻等現(xiàn)代結構，預應力鋼結構種類繁多形式新穎，大致歸納為四類。
一是傳統(tǒng)結構型。在傳統(tǒng)的鋼結構體系上，布置索系施加預應力以改善應力狀態(tài)、降低自重及成本。譬如，預應力桁架、網架、網殼等。像天津寧河體育館、攀枝花市體育館及北京奧運羽毛球館的預應力網架、網殼屋蓋。目前，國內外的候機樓、會展中心均廣泛地采用張弦立體桁架也歸入此類。另一種是工程中應用已久的懸索結構，譬如，北京工人體育館、浙江人民體育館等。其結構由承重索與穩(wěn)定索兩組索系組成，施加預應力的目的不是降低與調整內力，而是賦予與保證結構剛度。
二是吊掛結構型。結構由豎向支承體系(立柱、門架、拱架等)、吊索及屋蓋三部分組成。支承體系高出屋面，于其頂部下垂鋼索吊掛屋蓋。對吊索施加預應力以調整屋蓋內力，減小撓度并形成屋蓋結構的彈性支點。由于支承體系及吊索暴露于大氣之中，直指藍天所以又稱暴露結構。譬如，江西體育館、北京朝陽體育館、杭州黃龍體育場及長春體育場等。
三是整體張拉型。屬創(chuàng)新結構體系，跨度結構中摒棄了傳統(tǒng)受彎構件，全部由受張索系及膜面和受壓撐桿組成，其屋面結構極輕，設計構思新穎，是先進結構體系中的佼佼者，譬如，漢城及亞特蘭大奧運主賽館、慕尼黑奧運體育館建筑群以及內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯伊旗索穹頂體育中心。
四是張力金屬膜型。金屬膜片固定于邊緣構件之上，既可作為圍護結構，又作為承重結構參與整體承受荷載�；蛟趶埩B(tài)下，將膜片固定于骨架結構之上，形成空間塊體結構，復蓋跨度，兩者都是在結構成型理論指導下誕生的預應力新型體系。此類型已應用于1980年莫斯科奧運會的幾個主賽場館中，國內尚未建成此類結構體系。(
